KR20210069087A - 이산화탄소 중립 및 생분해성 고분자의 제조방법 및 이로부터 제조된 포장재 제품 - Google Patents

이산화탄소 중립 및 생분해성 고분자의 제조방법 및 이로부터 제조된 포장재 제품 Download PDF

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Abstract

다음을 포함하는 고분자 물질의 제조방법: (a) 이산화탄소 중립이고, 예컨대 사탕 수수 에탄올로부터 만들어진, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리스티렌으로부터 선택되는 고분자 물질을 제공하는 단계, (b) 생분해성 첨가제를 제공하는 단계, (c) 상기 단계 (a)의 고분자 물질을 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제와 혼합하는 단계로서, 여기서 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제는 예컨대 페니실리움-바실러스(Penicillium-Bacillus) 혼합물과 같이 진균-박테리아 혼합물을 포함하는 자연 발생 유기체의 성장을 위한 유기 혼합물이다.

Description

이산화탄소 중립 및 생분해성 고분자의 제조방법 및 이로부터 제조된 포장재 제품
본 발명은, 적어도 이산화탄소 중립이고 완전히 생분해 가능한 고분자 물질, 구체적으로 폴리에틸렌에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 고분자 물질로 만들어진 병, 냄비, 또는 캔과 같은 포장재에 관한 것이다. 본 발명은 또한 건강 및 의약 제품 보관을 위한 포장재의 용도에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 사탕 수수 에탄올로 만든 폴리에틸렌과 진균-박테리아 혼합물을 포함하는 유기 혼합물 형태의 생분해성 첨가제의 혼합하는 단계를 포함하는 공정으로부터 생성되는 상기 이산화탄소 중립 및 완전 생분해성 고분자 물질의 제조 방법에 관한 것이다. 다른 예로서, 사탕 수수 에탄올로 만든 폴리에틸렌 대신, 즉 석유 화학 공급원이 아닌 생물학적 공급원으로부터의 폴리프로필렌과 폴리스티렌에서 선택되는 또 다른 고분자 물질이 사용된다.
플라스틱은 고분자-베이스 물질로, 이는 일반적으로 화석 연료에서 합성으로 제조된다. 이러한 플라스틱으로 만든 용기, 구체적으로 캔, 병 및 그의 뚜껑과 같은 포장재 제품은 자연적으로 분해되는 데 일반적으로 450 년 이상이 걸리며 이러한 분해는 실제로 오직 플라스틱이 미세 플라스틱으로 분해될 뿐이다. 따라서, 합성 플라스틱은 절대로 완전히 분해되지 않고 오히려 더 작고 작은 조각으로 분해되어 결국 예를 들어 해양 생물에 의해 섭취된다. 환경에 미치는 부정적인 영향은 엄청나다: 예를 들어, 2050 년까지 해양에 물고기보다 플라스틱이 더 많이 있을 것으로 예측된다. 더불어, 해산물을 먹는 평균적인 사람이 매년 최대 11000 개의 미세-플라스틱을 섭취하는 것으로 또한 예측됨에 따라 인간은 이미 심하게 노출되어 있다. 플라스틱 재활용은 이 문제의 일부를 완화할 수 있지만, 현재, 전 세계 플라스틱의 오직 9% 만이 재활용되고 모든 플라스틱이 실제로 재활용에 적합하여 재사용할 수 있는 것은 아니기 때문에, 이것이 결코 실행 가능한 유일한 해결책은 아니다.
특허문헌 BRP1001309A는 효소 촉매 작용에 의해 생분해성 폴리에스테르를 얻는 공정, 및 이러한 생분해성 폴리에스테르의 용도를 개시한다.
특허문헌 US 2006039980A는 효소 촉매를 이용하여 생분해성 고분자를 제조하는 공정과 이를 통해 제조된 생분해성 고분자를 개시한다.
특허문헌 ES 2014344는 미생물 공격에 대한 고분자의 성향을 높이기 위해 아미드 및 그 유도체, 설탕, 및 밀가루와 같은 천연 고분자의 부하 또는 전하를 통합함으로써 야외에서 동시에 광분해성 및 생분해성에 의해 분해될 수 있는 에틸렌계 고분자를 개시한다.
특허문헌 WO 2008055240은 고분자성 물질과 물리적으로 혼합되어 적어도 부분적으로 생분해 가능한 제품을 생성하는 첨가제 물질을 개시한다. 상기 첨가제는 퓨라논(furanone), 글루타르산(glutaric acid), 헥사데칸산(hexadecenoic acid), 폴리카프로락톤 고분자(polycaprolactone polymer), 폴리(락트)산(poly(lactic) acid), 폴리(글리콜산)(poly(glycolic acid)) 및 폴리(락틱_코_글리콜산)(poly(lactic_co_glycolic acid)), 및 관능 팽윤제를 포함할 수 있다.
특허문헌WO 2007/027163 A2는 포장재 또는 비포장재 용도와 같은 모든 산업 용도에 적합한 화학적 분해성 및/또는 생분해성 이축 배향 폴리프로필렌 (biaxially oriented polypropylene, BOPP) 필름을 개시하며, 여기서 상기 필름은 첫 번째 단계에서는 열과 UV의 조합에 의한 분해성, 두 번째 단계에서는 토양에 자연적으로 존재하는 미생물에 의한 흡수성을 촉진하는 제제의 첨가에 의해 생분해 가능하게 된다. 상기 BOPP 필름은 층(들)이 분해 가능한 마스터 배치 또는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하며, 이는 바람직하게는 옥타노에이트(octanoates), 아세테이트(acetates), 스테라레이트(sterarates), 올레에이트(oleates), 나프테네테(naphtenetes), 리놀레이트(linoleates), 탈레이트(tallates) 등과 같은 리간드이다.
특허문헌US 2016/0333147 A1은 압출, 건조 및 사출 성형에 의한 고분자/생물학적 개체 합금을 제조하는 공정을 개시하며, 여기서 상기 생물학적 개체는 고분자를 분해하는 효소, 또는 미생물일 수 있다. 고분자/효소 합금의 특정 구현예는 폴리카프로락톤 (CAPA)/리파제이고, 고분자/미생물 합금은 폴리락트산 (PLA)/박테리아, 보다 특별하게는 폴리락트산 (PLA)/바실러스 리케니포르미스(Bacillus licheniformis)이다.
합성 베이스 고분자, 즉 화석 물질에서 생산된 폴리에틸렌 및 폴리스티렌과 같은 화석 연료로 제조된 합성 베이스 고분자를 유기 화합물과 결합하여 생분해성 플라스틱을 생산하는 것도 알려져 있고, 이는 이러한 베이스 고분자, 즉 기존 플라스틱의 생분해성을 효소 촉매 작용에 의해 유의적으로 가속화한다. 예를 들어, 합성 폴리에틸렌 물질에 페니실리움-바실러스(Penicillium-Bacillus) 바이오필름을 제공함으로써 효소 반응에 의해 폴리에틸렌 표면의 후속적인 분해를 가능하게 하는 합성 폴리에틸렌의 생분해성이 Gamini Senevirate et al에 의해 Current science 90(1):20-21·January 2006에 공개되었다.
종래 기술은 완전히 생분해될 뿐만 아니라, 이산화탄소 중립이고, 100 % 재활용 가능하며 식품 안전 및 건강 규정을 준수하는 고분자를 생산하기 위한 공정의 제공에 대해 침묵하고 있다.
종래 기술은 또한 생분해성 첨가제와의 혼합과 함께 사탕 수수 에탄올로 제조된 폴리에틸렌의 사용을 포함하고 상기 첨가제는 진균-박테리아 혼합물을 포함하는 유기 혼합물인 상기 고분자 물질을 생산하는 공정에 대해 침묵하고 있다.
1. 특허문헌BRP1001309A 2. 특허문헌US 2006039980A 3. 특허문헌ES 2014344 4. 특허문헌WO 2008055240 5. 특허문헌WO 2007/027163 A2 6. 특허문헌US 2016/0333147 A1
1. Gamini Senevirate et al., Current science 90(1):20-21·January 2006
그러므로 본 발명의 목적은 이산화탄소 중립이고 완전히 생분해 가능한 플라스틱 물질, 즉 고분자 물질의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 100% 재활용 가능하고 따라서 재사용 가능한 고분자 물질의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고분자 물질 및 상기 고분자로 제조된 제품, 구체적으로 합성-베이스 고분자로 제조된 용기의 식품 안전 및 건강 규정 기준을 준수하는 용기와 같은 포장재의 제조 방법을 제공하는 것이다.
이들 및 다른 목적은 본 발명에 의해 해결된다.
따라서, 다음 단계를 포함하는 고분자 물질의 제조 방법이 제공된다:
(a) 사탕 수수 에탄올로 만든 폴리에틸렌 형태의 이산화탄소 중립인 고분자 물질을 제공하는 단계,
(b) 생분해성 첨가제를 제공하는 단계,
(c) 상기 단계 (a)의 고분자 물질을 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제와 혼합하는 단계,
여기서 상기 단계 (a)의 고분자 물질 대 단계 (b)의 생분해성 첨가제의 혼합 비율은 90-98 내지 10-2 중량%, 바람직하게는 90-97 내지 10-3 중량%이고, 그 양의 합은 100 중량% 이고, 및
여기서 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제는 진균-박테리아 혼합물을 포함하는 자연 발생 유기체의 성장을 위한 유기 혼합물로, 바람직하게는 상기 폴리에틸렌상의 바이오필름이고 또한 효소 촉매 작용을 수행하기 위한 효소 및 산을 생성한다.
본 발명에 따르면, 이산화탄소 중립이고 완전히 생분해 가능한 플라스틱 물질, 즉 고분자 물질의 제조 방법을 제공한다.
그리고, 100% 재활용 가능하고 따라서 재사용 가능한 고분자 물질의 제조 방법을 제공한다.
또한, 고분자 물질 및 상기 고분자로 제조된 제품, 구체적으로 합성-베이스 고분자로 제조된 용기의 식품 안전 및 건강 규정 기준을 준수하는 용기와 같은 포장재의 제조 방법을 제공한다.
다음 단계를 포함하는 고분자 물질의 제조 방법이 제공된다:
(a) 사탕 수수 에탄올로 만든 폴리에틸렌 형태의 이산화탄소 중립인 고분자 물질을 제공하는 단계,
(b) 생분해성 첨가제를 제공하는 단계,
(c) 상기 단계 (a)의 고분자 물질을 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제와 혼합하는 단계,
여기서 상기 단계 (a)의 고분자 물질 대 단계 (b)의 생분해성 첨가제의 혼합 비율은 90-98 내지 10-2 중량%, 바람직하게는 90-97 내지 10-3 중량% 이고, 그 양의 합은 100 중량% 이고, 및
여기서 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제는 진균-박테리아 혼합물을 포함하는 자연 발생 유기체의 성장을 위한 유기 혼합물로, 바람직하게는 상기 폴리에틸렌상의 바이오필름이고 또한 효소 촉매 작용을 수행하기 위한 효소 및 산을 생성한다.
베이스 고분자 물질, 즉 단계 (a)의 고분자 물질은 따라서 이산화탄소 중립이고 특별히 사탕 수수 에탄올로 만든 폴리에틸렌으로 선택된다.
이산화탄소-중립이란 이러한 고분자 물질의 생산에서 이산화탄소의 순 생산량(net production)이 0 또는 음수임을 의미한다.
일반적으로 단계 (b)의 혼합에서 생분해성 물질의 상대적으로 높은 함량은 합성 고분자, 특히 화석 연료로 만든 폴리에틸렌, 또는 단계 (a)의 고분자 물질에서 보존하여 바람직한 특성 또는 특성의 저하를 초래한다는 개념이 있다. 본 발명에 따르면, 블렌드 내 물질 (b)의 양은 2-10 중량%, 바람직하게는 3-10 중량% 이다. 이들 범위는 상대적으로 높은 농도를 나타내지만, 그러나 놀랍게도 물질 (b)의 이러한 높은 농도에서도, 식품 안전 규정 준수를 포함한 고분자 물질에서 요구되는 특성이 보존된다는 것이 발견되었고, 이러한 특성은 일반적으로 합성 베이스 고분자에서만 존재한다.
성장하는 동안 이산화탄소를 소모하는 사탕 수수에서 유래하였기 때문에, 폴리에틸렌은 CO2 중립적이다. 더욱이, 단계 (a)의 폴리에틸렌 물질과 단계 (b)의 생분해성 첨가제를 상기의 혼합 비율 (90-97 대 10-3 중량%)로 조합함으로써, 완전 생분해성 고분자 물질, 특별히 여기에서는 완전 생분해성 폴리에틸렌의 생산이 가능할 뿐만 아니라, 또한 베이스 고분자, 즉, 사탕 수수 에탄올로 만든 폴리에틸렌의 본래 특성을 유지하는 고분자 물질의 생산도 가능하다. 따라서, 상기 생성된 고분자 물질은 이산화탄소 중립, 완전 생분해성 및 특히 100% 재활용 가능한 고분자이다. 생분해성 첨가제와, 전분 및 단백질 베이스의 베이스 고분자와 같이 비-합성적이고 심지어 이산화탄소 중립일 수 있는 기타 베이스 고분자와의 상호 작용은 100% 재활용 가능한 폴리에틸렌 물질 또는 생분해성 고분자를 생성하지 않는다.
본 발명의 제조방법에 따라 이렇게 생성된 고분자 물질은 또한 완전 분해성 폴리에틸렌 (PE) 물질이다.
"완전 분해성"이란 본 발명에 따른 폴리에틸렌 물질이 호기성 환경에서 1-10 년 이내에 90% 이상의 중량 손실로 생분해될 수 있음을 의미한다. 이는 동일한 호기성 환경에서 오직 0.2% 중량 손실만 생분해되는데 보통 10 년이 걸리는, 즉, 10년 동안 0.2% 중량 손실이 되는 합성 폴리에틸렌과 비교된다. 더불어, 본 발명에 따른 폴리에틸렌 물질은 혐기성 환경 (매립지)에서 27 일 동안 약 47%의 중량 손실로 생분해 될 수 있고, 이는 합성 폴리에틸렌이 32년 동안 부분적으로만 분해되는 것에 비교된다. 게다가, 본 발명에 따른 폴리에틸렌 물질은 폐수에서 63 일 동안 약 24% 생분해 될 수 있는 반면, 합성 폴리에틸렌은 12 년 동안 훼손 또는 분해의 징후를 보이지 않는다. 또한 해수에서 본 발명에 따른 폴리에틸렌은 42 동안 약 24% 생분해된다 (합성 폴리에틸렌에 대한 데이터 없음).
상기 생성된 고분자 물질은 또한 복합 고분자 물질, 즉 복합 폴리에틸렌 (PE-및-곰팡이-박테리아 혼합물)으로 간주될 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 (a)의 폴리에틸렌 고분자는 상표명 I'm green™ PE로 공개적으로 입수 가능한 소위 그린 폴리에틸렌(green polyethylene) 이다.
상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제는 바람직하게는 진균-박테리아 혼합물을 포함하는 자연 발생 유기체의 성장을 위한 유기 혼합물, 바람직하게는 단계 (a)의 고분자 물질, 즉 사탕 수수 에탄올로 만든 폴리에틸렌 상의 바이오필름이고, 또한 효소 촉매 작용을 수행하기 위한 효소 및 산을 생성한다. 효소 촉매 작용은 고분자 물질, 즉 폴리에틸렌을 소위 호기성 분해에서 이산화탄소, 물 및 바이오매스로 분해하는 반면, 소위 혐기성 분해에서 효소 촉매 작용은 폴리에틸렌을 이산화탄소, 메탄 및 바이오매스로 분해한다.
또 다른 특정 구현예에서, 상기 진균-박테리아 혼합물은 페니실리움-바실러스(Penicillium-Bacillus) 이다. 이 미생물은 단계 (a)의 폴리에틸렌 물질의 생분해에 특히 적합한 바이오-필름의 생성을 가능하게 한다. 페니실리움 프레??탄스(Penicillium frequentans) 형태의 곰팡이는 베이스 폴리에틸렌에 균사체 네트워크의 형성을 제공하고, 이후 박테리아 바실러스 마이코이드(Bacillus mycoides)에 의해 군락이 형성된다. 상기 미생물은 그 다음에 베이스 고분자 물질, 즉 단계 (a)의 고분자 물질, 즉 폴리에틸렌을 탄소 공급원으로 사용한다.
바람직하게는, 생분해성 첨가제는 상품명 POLY-BI® 또는 POLYDEGRADE™로 공개적으로 입수 가능한 유기 혼합물이다.
다른 구현예에서, 혼합 비율은 95-97 대 5-3 중량%이다. 물질 (b)의 농도가 너무 낮으면, 바이오필름의 형성이 어렵기 때문에 전체 폴리에틸렌 물질에 걸쳐 생분해 과정을 유지하기가 더욱 어려워진다. 물질 (b)의 농도가 너무 높으면, 폴리에틸렌의 본래 특성, 구체적으로 식품 및 건강 안전 규정상의 특성이 손상될 수 있다. 상기의 특정 혼합 비율에서, 이들 상반점들의 가장 좋은 균형을 얻는다.
한 구현예에서, 단계 (a)의 폴리에틸렌 물질 및 단계 (b)의 생분해성 첨가제는 과립 형태로 제공된다. 이를 통해 표준 고분자 가공에 따라 이러한 과립을 직접 처리할 수 있다. 과립의 적절한 입자 크기의 선택은 고분자 가공 분야의 통상의 기술자가 즉각적으로 수행할 수 있는 범주 내이다. 마찬가지로, 적절한 온도의 선택은 고분자 가공 분야의 숙련가가 즉각적으로 수행할 수 있는 범주 내이다. 전형적으로, 상기 온도는 폴리에틸렌의 녹는점 근처, 예컨대 저밀도 폴리에틸렌 (low-density polyethylene, LDPE)의 경우 105-115 ℃이다.
한 구현예에서, 단계 (c)는 압출(extrusion), 사출 성형(injection moulding) 및 블로우 성형과 같은 성형(moulding), 캘린더 성형(calendaring moulding), 회전 성형(rotational moulding), 및 이들의 조합으로부터 선택된 고분자 가공 단계에 의해 수행된다. 압출이 구체적으로 유리한데, 이 고분자 가공 기술은 배럴의 길이 방향을 따라 압출기 배출구를 향해 스크류(screw)를 사용하여 이동하기 때문에 호퍼에 공급되는 혼합물을 압출기의 배럴로 점진적으로 용융시킴으로써 단계 (a) 및 (b)의 물질의 과립을 적절하게 혼합할 수 있기 때문이다. 용융은 스크류 회전에 의한 기계적 에너지 및 배럴 내 발열 요소에 의해 발생한다. 용융된 물질은 이후 냉각되고 따라서 완전 생분해성 고분자 물질이 생성된다. 그러므로, 특정 구현예에서, 단계 (c)는 압출에 의해서만 수행된다.
본 발명은 또한 임의의 상기의 구현예의 고분자 물질로 제조된 포장재를 아우른다. 바람직하게는, 상기 포장재는 병, 냄비, 캔, 캡, 또는 뚜껑 중 임의의 것이다. 합성 고분자, 구체적으로 합성 폴리에틸렌을 사용할 때 포장재 제품을 제조하기 위해 표준 고분자 가공 기술을 변경할 필요가 없으므로, 합성 고분자 사용으로부터 본 발명의 생성 고분자로의 전환을 완전히 원활하고 수월하게 한다.
본 명세서에서 사용되는, 용어 "포장재"는 병(bottle), 냄비(pot), 캔(can), 캡(cap) 또는 뚜껑(lid) 형태의 용기(container) 또는 그릇(receptacle)과 같은 무언가를 둘러싸거나, 포함하거나 덮거나 닫는 데 사용되는 물질을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는, 용어 "캡"은, 병 또는 냄비용 보호 뚜껑과 같은, 용기용 보호 뚜껑을 의미한다.
용어 "캡" 및 "뚜껑"은 본 특허 출원 전체에서 상호 교환적으로 사용된다.
본 명세서에서 사용되는, 용어 "캔"은 제품이 사용 전까지 보존을 위해 밀봉될 수 있는 용기 또는 그릇을 의미한다.
단계 (a)의 폴리에틸렌은 적합하게는 고밀도 폴리에틸렌 (high-density-polyethylene, HDPE) 또는 저밀도 폴리에틸렌 (low-density-polyethylene, LDPE)의 형태이다. HDPE는 특히 병의 제조에 적합한 반면에, LDPE는 특히 캡/뚜껑, 예컨대, 병에 사용되는 캡의 제조에 적합하다.
또 다른 구현예에서, 포장재 고분자 물질은 포장재 중량의 최소한 98%, 바람직하게는 포장재 중량의 최소한 99%를 나타낸다. 이에 따라서, 최대 2 중량%, 바람직하게는 최대 1 중량%의 다른 첨가제, 예를 들어 병, 냄비, 캔 또는 캡/뚜껑에 최종적으로 원하는 외관을 제공하기 위한 안료가 상기의 완전 생분해성 물질 조성물에 첨가될 수 있다.
본 발명에 따른 포장재는 ISO 14855에 의해 측정된 호기성 환경에서 180 일 동안 최소 90% 중량 손실 및 ISO 15985에 의해 측정된 혐기성 환경 (매립지)에서 27 일 동안 최소 45% 중량 손실의 생-분해율을 갖는다. 이는 합성 폴리에틸렌 물질의 경우 10 년 동안 호기성 환경에서 0.2% 미만의 중량 손실되고 혐기성 환경에서 32 년 동안 오직 부분적으로 분해되는 것과 비교된다. 더불어, 본 발명에 따른 포장재는 63 일 동안 약 24%가 분해되고, 이는 합성 폴리에틸렌의 경우 폐수에서 12년 동안 분해가 없는 것에 대비된다. 또한, 해수에서 본 발명에 따른 포장재는 42 일 동안 약 24%가 분해된다.
본 발명은 또한 건강 및 의약 제품의 저장을 위한 상기의 구현예 중 임의의 것에 따른 포장재의 용도를 아우른다. 합성 베이스 고분자로 만든 용기 또는 포장재 만큼이나 식품 안전 및 건강 규정을 준수할 수 있는 상기 포장재의 놀라운 효과로 인해, 이제 건강 및 의약 제품 보관의 용도에 또한 사용할 수 있다. 적합하게는, 이러한 제품은 캡슐, 정제, 알약, 또는 분말의 형태이며, 따라서 본 발명은 또한 제약 및 건강 산업의 합성 고분자, 구체적으로 합성 폴리에틸렌에 기초한 현재 포장재의 사용과 관련된 환경 문제를 현저히 감소시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 포장재의 분해는 창고, 또는 선반에 보관될 때, 또는 열과 햇빛에 노출될 때는 일어나지 않는다. 상기 분해, 보다 특별히 생분해는 오직 포장재가 생물학적으로 활동적인 생태계를 보여주는 환경에 노출될 때만 발생한다.
본 발명은 또한 상기의 구현예 중 임의의 것에 따라 제조된 고분자 물질의, 가방, 필름, 멤브레인, 파이프, 섬유, 장난감, 피크닉 용품, 주방 용품, 단열재 및 연료 탱크의 그룹으로부터 선택된 물품의 제조에의 용도를 아우른다.
본 발명은 또한 단계 (a)의 고분자 물질이 생물학적 공급원, 즉 석유 화학 공급원이 아닌, 그러므로 바람직하게는 이산화탄소 중립이고, 폴리프로필렌 및 폴리스티렌으로부터 선택되는 것으로 만들어지는, 후술되는 13-24 사항에 언급되는 바와 같은 제조방법을 아우른다.
본 발명은 이제 다음 실시예에 의해 추가로 설명될 것이다 :
사탕 수수 에탄올로 만들어지고 상표명 I'm green ™ PE 또는 Green Polyethylene으로 공개적으로 입수가능하고 과립 형태로 제공되는 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE) (물질 (a)) 97 중량부가, 상표명 POLY-BI® 또는 POLYDEGRADE ™로 공개적으로 입수 가능하고 유기 혼합물의 과립 형태인 생분해성 첨가제 (물질 (b)) 3 중량부와 함께 압출기의 호퍼에 공급되었다. 압출 공정은 여느 합성 고분자에 적용되는 것과 동일한 표준 공정에 따라 수행되었다. 압출 공정은 두 물질 (a)와 (b)의 혼합 및 용융을 제공하므로, 압출에 일반적으로 사용되는 단계나 매개 변수를 변경할 필요없이, 병, 냄비 또는 캔의 생산에 손쉽게 사용되는 폴리에틸렌 물질을 생성할 수 있다.
상기 생성된 폴리에틸렌 물질과 그로부터 제조된 병은 여러 가지 생분해성 테스트를 거쳤다. ISO 14855에 따른 호기성 환경에서의 생분해성 테스트에서, 상기 생성된 폴리에틸렌 물질은 180 일 동안 최소 90%의 중량 손실을 보였으며, 보다 특별히 180 일 동안 93%의 생분해를 보였다. 이는 10 년의 기간 동안 0.2% 미만의 중량 손실을 보이는 것으로 보고된 합성 폴리에틸렌에 비해 분명히 큰 개선이다. ISO 15985에 따른 혐기성 조건에서 측정했을 때, 본 발명의 중량 손실은 27 일 동안 최소 45% 중량 손실한 반면, 합성 폴리에틸렌은 32년의 기간 동안 오직 부분적으로만 분해되었다. 상기 생성된 폴리에틸렌 물질은 이후 추가로 HDPE 병으로 제조되었다. ISO 14853에 따른 수중 시스템 (폐수)에서의 혐기성 조건에서 측정했을 때, 중량 손실은 63일 동안 약 25% 인 반면, 합성 폴리에틸렌은 12 년의 기간 동안 분해의 징후를 보이지 않는다. 해양 환경 (해수)에서의 호기성 조건에서 측정했을 때, 중량 손실은 42 일 동안 약 24% 이다. 이들은 식품 및 건강 규정 준수에 대해 추가로 테스트되었으며, 합성 폴리에틸렌으로 만든 포장재 제품의 방침에 의거한 모든 각각의 테스트를 통과했다.
ISO 14855에 따른 호기성 환경에서의 생분해성 시험을 석유 화학 원료가 아닌 생물학적 원료로 만든 폴리프로필렌 (PP) 및 폴리스티렌 (PS)에 적용하면, 이들은 180 일 동안, 각각, 약 82% 및 45% 생분해된다.
본 발명의 특징은 다음 사항과 같다.
1. 다음 단계를 포함하는 고분자 물질의 제조 방법:
(a) 사탕 수수 에탄올로 만든, 폴리에틸렌 형태의 이산화탄소 중립인, 고분자 물질을 제공하는 단계,
(b) 생분해성 첨가제를 제공하는 단계,
(c) 상기 단계 (a)의 고분자 물질을 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제와 혼합하는 단계,
여기서 상기 단계 (a)의 고분자 물질 대 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제의 혼합 비율은 90-98 대 10-2 중량%, 바람직하게는 90-97 대 10-3 중량%이고, 그 양의 합은 100중량% 이고, 및
여기서 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제는 진균-박테리아 혼합물을 포함하는 자연 발생 유기체의 성장을 위한 유기 혼합물로, 바람직하게는 상기 폴리에틸렌상의 바이오필름이고 또한 효소 촉매 작용을 수행하기 위한 효소 및 산을 생성한다.
2. 제1사항에 있어서, 상기 진균-박테리아 혼합물이 페니실리움-바실러스(Penicillium-Bacillus) 인 제조방법.
3. 선행 사항 중 어느 하나에 있어서, 혼합 비율이 95-97 대 5-3 중량% 인 제조방법.
4. 선행 사항 중 어느 하나에 있어서, 상기 단계 (a)의 고분자 물질 및 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제가 과립 형태로 제공되는 제조방법.
5. 선행 사항 중 어느 하나에 있어서, 상기 단계 (c)는 압출(extrusion), 사출 성형(injection moulding) 및 블로우 성형(blow moulding)과 같은 성형(moulding), 캘린더 성형(calendaring moulding), 회전 성형(rotational moulding), 및 이들의 조합으로부터 선택된 고분자 가공 단계에 의해 수행되는 제조방법.
6. 제4 및 5사항에 있어서, 단계 (c)는 압출에 의해서만 수행되는 제조방법.
7. 제1 내지 6사항 중 어느 하나에 따라 생성된 고분자 물질로 제조된 포장재.
8. 제7사항에 있어서 상기 포장재는 병, 냄비, 캔, 또는 캡 중 어느 하나인 것인 포장재.
9. 제7 내지 8사항 중 어느 하나에 있어서 상기 고분자 물질이 포장재 중량의 98% 이상, 바람직하게는 포장재 중량의 99% 이상을 나타내는 포장재.
10. ISO 14855에 의한 호기성 환경에서 180 일 동안 최소한 90% 중량 손실 및 ISO 15985에 의한 혐기성 환경에서 27 일 동안 최소한 45% 중량 손실의 생-분해율을 갖는 제7 내지 9사항 중 어느 하나에 따른 포장재.
11. 제7 내지 10사항 중 어느 하나에 따른 포장재의 건강 및 의약 제품 보관용 용도.
12. 제1 내지 6사항 중 어느 하나에 따라 생산된 고분자 물질의, 가방, 필름, 멤브레인, 파이프, 섬유, 장난감, 피크닉 용품, 주방 용품, 단열재 및 연료 탱크 그룹에서 선택된 물품의 제조에의 용도.
13. 다음 단계를 포함하는 고분자 물질의 제조방법:
(a) 폴리프로필렌 및 폴리스티렌에서 선택된, 석유 화학 공급원이 아닌 생물학적 공급원으로부터 만들어진 고분자 물질을 제공하는 단계,
(b) 생분해성 첨가제를 제공하는 단계,
(c) 상기 단계 (a)의 고분자 물질을 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제와 혼합하는 단계,
여기서 상기 단계 (a)의 고분자 물질 대 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제의 혼합 비율은 90-98 대 10-2 중량%, 바람직하게는 90-97 대 10-3 중량%이고, 그 양의 합은 100중량% 이고,
여기서 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제는 진균-박테리아 혼합물을 포함하는 자연 발생 유기체의 성장을 위한 유기 혼합물로, 바람직하게는 상기 폴리에틸렌상의 바이오필름이고 또한 효소 촉매 작용을 수행하기 위한 효소 및 산을 생성한다.
14. 제13사항에 있어서, 상기 진균-박테리아 혼합물이 페니실리움-바실러스(Penicillium-Bacillus)인 제조방법.
15. 제13 내지 14사항 중 어느 하나에 있어서, 혼합 비율이 95-97 대 5-3 중량% 인 제조방법.
16. 제13 내지 15사항 중 어느 하나에 있어서, 상기 단계 (a)의 고분자 물질 및 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제가 과립 형태로 제공되는 고분자 물질의 제조방법.
17. 제13 내지 16사항 중 어느 하나에 있어서, 상기 단계 (c)는 압출, 사출 성형 및 블로우 성형과 같은 성형, 캘린더링 성형, 회전 성형, 및 이들의 조합으로부터 선택된 고분자 가공 단계에 의해 수행되는 제조방법.
18. 제16 및 17사항에 있어서, 단계 (c)는 압출에 의해서만 수행되는 제조방법.
19. 제13 내지 18사항 중 어느 하나에 따라 제조된 고분자 물질로 생산된 포장재.
20. 제19사항에 있어서 상기 포장재는 병, 냄비, 캔 또는 캡 중 하나인 포장재.
21. 제19 내지 20사항 중 어느 하나에 있어서 상기 고분자 물질이 포장재 중량의 최소 98%, 바람직하게는 포장재 중량의 최소 99%에 상당하는 포장재.
22. ISO 14855에 의한 호기성 환경에서 180 일 동안 최소 90% 중량 손실 및 ISO 15985에 의한 혐기성 환경에서 27 일 동안 최소 45% 중량 손실의 생-분해율을 갖는 제19 내지 21사항 중 어느 하나에 따른 포장재.
23. 제19 내지 22사항 중 어느 하나에 따른 포장재의 건강 및 의약 제품 보관용 용도.
24. 제13 내지 18사항 중 어느 하나에 따라 제조된 고분자 물질의 다음 그룹으로부터 선택된 물품의 제조에의 용도: i) 상기 단계 (a)에서 고분자 물질이 폴리프로필렌인 경우: 비커, 시험관, 그리고 플라스크와 같은 플라스틱 실험실 용품 및 자동차 산업을 위한 플라스틱 부품, ii) 상기 단계 (a)에서 고분자 물질이 폴리스티렌인 경우: 단열재, CD 케이스, 및 기기 하우징.

Claims (12)

  1. 다음 단계를 포함하는 고분자 물질의 제조 방법:
    (a) 사탕 수수 에탄올로 만든, 폴리에틸렌 형태의 이산화탄소 중립인 고분자 물질을 제공하는 단계,
    (b) 생분해성 첨가제를 제공하는 단계,
    (c) 상기 단계 (a)의 고분자 물질을 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제와 혼합하는 단계,
    여기서 상기 단계 (a)의 고분자 물질 대 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제의 혼합 비율은 90-98 대 10-2 중량%, 바람직하게는 90-97 대 10-3 중량%이고, 그 양의 합은 100 중량% 이고, 및
    여기서 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제는 진균-박테리아 혼합물을 포함하는 자연 발생 유기체의 성장을 위한 유기 혼합물로, 바람직하게는 상기 폴리에틸렌상의 바이오필름이고 또한 효소 촉매 작용을 수행하기 위한 효소 및 산을 생성한다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진균-박테리아 혼합물이 페니실리움-바실러스(Penicillium-Bacillus)인 고분자 물질의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항의 제조방법에 의한 고분자 물질로서,
    혼합 비율이 95-97 대 5-3 중량% 인 고분자 물질.
  4. 전술한 항 중 어느 하나에 의한 고분자 물질로서,
    상기 단계 (a)의 고분자 물질 및 상기 단계 (b)의 생분해성 첨가제가 과립 형태로 제공되는 고분자 물질.
  5. 전술한 항 중 어느 하나에 의한 고분자 물질로서,
    상기 단계 (c)는 압출(extrusion), 사출 성형(injection moulding) 및 블로우 성형(blow moulding)과 같은 성형(moulding), 캘린더링 성형(calendaring moulding), 회전 성형(rotational moulding), 및 이들의 조합으로부터 선택된 고분자 가공 단계에 의해 수행되는 고분자 물질.
  6. 제4항 및 제5항에 따른 제조방법으로서,
    상기 단계 (c)가 압출에 의해서만 수행되는 제조방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 고분자 물질로 생산된 포장재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 포장재는 병, 냄비, 캔, 또는 캡 중 어느 하나인 포장재.
  9. 제7항 및 제8항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 고분자 물질이 포장재 중량의 최소 98%, 바람직하게는 포장재 중량의 최소 99%를 나타내는 것인 포장재.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 하나에 있어서,
    ISO 14885에 따른 호기성 환경에서 180일 동안 최소 90% 중량 손실 및 ISO 15985에 따른 혐기성 환경에서 27일 동안 최소 45% 중량 손실의 생-분해율을 갖는 포장재.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 하나에 따른 포장재의 건강 및 의약 제품 보관용 용도.
  12. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나에 따라 제조된 고분자 물질의, 가방, 필름, 멤브레인, 파이프, 섬유, 장난감, 피크닉 용품, 주방 용품, 단열재 및 연료 탱크의 그룹으로부터 선택된 물품의 제조에의 용도.
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